fiziksel büyüklükler

TEKNOLOJİNİN BİLİMSEL İLKELERİ
FİZİKSEL BÜYÜKLÜKLER VE BİRİM SİSTEMLERİ
Öğr.Gör. Gültekin BÜYÜKŞENGÜR
MYO
BU DERSİ ÇALIŞIRKEN !
DEFTER, KALEM VE HESAP MAKİNESİZ DERSE GELMEYİNİZ.
DERS NOTLARI & İLETİŞİM – BEYAZPANO.COM
www.beyazpano.com
www.gultekinb.com
MYO
DERS NOTLARI & İLETİŞİM – BEYAZPANO.COM
Çevre Mühendisliği
DERS NOTLARI & İLETİŞİM
1082-W5Z7
4822-5Z5A
Çevre Mühendisliği
DERS NOTLARI & İLETİŞİM – BEYAZPANO.COM
Çevre Mühendisliği
DERS NOTLARI & İLETİŞİM – BEYAZPANO.COM
Çevre Mühendisliği
DERS NOTLARI & İLETİŞİM – BEYAZPANO.COM
Çevre Mühendisliği
DEĞERLENDİRME SİSTEMİ
Bu derste öncelikle genel bilgiler, arkasından temel bilgiler, statik ve mukavemet (basit mukavemet
halleri ve bileşik mukavemet halleri) konuları anlatılacaktır.
Ara Sınav
%60
1.Kısa Sınav
% 10
2.Kısa Sınav
% 10
Ödev
% 20
Yıliçi Sınavlarının toplamının
%50
Final
%50
MYO
TEMEL KAVRAMLAR
Mekanik kuvvetlerin etkisi altında kalan cisimlerin denge ve hareket şartlarını anlatan ve inceleyen
bilim dalıdır.
Rijit (şekil değiştirmeyen) ve rijit olmayan (şekil değiştirebilen) cisimler.
Şekil Değiştirmeyen cisimler; dış etkenler ne olursa olsun, cismin geometrisinde bir değişiklik
olmadığıdır (idealleştirme).
Şekil değiştirebilen cisimler mekaniği ise; katı cisimlerin yükleme sırasındaki davranışlarını
incelemektedir.
ÖĞRENME HEDEFLERİ
Bu konuyu çalıştıktan sonra:
Temel ve türetilmiş büyüklükleri tanımlayabilecek,
Birim sistemlerini tanıyacak,
Birim dönüşümlerini yapabilecek,
Temel teoremleri açıklayabilecek,
Temel matematiksel işlemleri yapabileceksiniz.
11
İÇİNDEKİLER
HAFTA 01
FİZİKSEL BÜYÜKLÜKLER VE BİRİM SİSTEMLERİ









Fiziksel Büyüklükler
Birim Sistemleri
Ölçü (Uzunluk, Alan, Hacim) Birimleri ve Dönüşümleri
Kütle Temel Birimi ve Dönüşümleri
Zaman Temel Birimi
Elektrik Akımı Şiddeti Temel Birimi
Termodinamik Sıcaklık Temel Birimi
Işık Şiddeti Temel Birimi
Madde Miktarı Temel Birimi
Malzeme
Bilgisi
Matematik
Fizik
Statik ve Mukavemet
12
OLAY ÇALIŞMASI
“Düşmanlarımıza bir karış toprak vermeyiz!”
Verdiğimiz değerin bir ölçüsü olarak kullandığımız ifade ;
“bir karış toprak”…
Uzaklığın bir ölçüsü olarak kullandığımız ifade;
“iki adımlık yer”…
Ya da eski devirlerin parası, bir Osmanlı altınının ağırlığı;
“iki dirhem bir çekirdek”…
13
OLAY ÇALIŞMASI
Hayat boyu bu tanımlamalara ihtiyaç duyarız çünkü verdiğimiz kararların, vardığımız yargıların dayanak
noktası, yaptığımız bu tanımlamalardır.
Çünkü bizler yaşadığımız dünyada olup biteni anlama, yorumlama ve sonrasında yaptığımız değerlendirme
sonuçlarına dayanan kararlarımıza göre hayatımızı şekillendiririz. O halde karar vermek için değerlendirir,
değerlendirme yapabilmek için ölçer biçer, tanımlamalar yapar ve bir yargıya varırız.
Hayatın diğer alanlarında yapılacak ölçme, değerlendirme işlemlerinde bir standardın gerekli olup
olmadığını, hangi noktalarda hayatı kolaylaştıracağını düşününüz…
14
FİZİKSEL BÜYÜKLÜKLER
Ölçme işlemi bireylerin, nesnelerin kısacası varlıkların belirli özelliklere sahip olup olmadığının,
sahiplerse bu sahipliğin derecesini belirleme ve sonucu simge ya da sembollerle ifade etme, bir
tanımlama işlemidir. Olay çalışmasında değinilen tanımlamaları yapabilmek için insanoğlu yaşamında
ölçüye, bir şeyin büyüklüğünün, genişliğinin, ağırlığının mukayesesine ve bu mukayeseyi yapabilmek için
de ölçü birimlerine ihtiyaç duymuş, zamanla toplumlar kendilerine has ölçü ve birimleri
oluşturmuşlardır.
Fransa’da önceleri ayak ve arşın, Almanya, Viyana, Rusya ve İngiltere’de değerleri biraz farklı ayak (foot)
ve ağırlık için libre ölçüsü kullanılmıştır. Bizde de asırlarca uzunluk için enzade (0.65 m), arşın (0.68 m),
kulaç (1.89 m), fersah (5.685 m), merhale (45.480 m) gibi ölçüler kullanılmıştır.
Yine Osmanlıda asırlarca ağırlık ölçüsü olarak; kırat (0.2004 gr) ,
dirhem (3.207 gr), okka (1.282 gr), batman (7.697 kg), kantar
(56.449 kg), çeki (225.789 kg) gibi ölçüler kullanılmıştır.
15
FİZİKSEL BÜYÜKLÜKLER
Yaşam seviyesi yükseldikçe, ticaret geliştikçe, ulaşım, iletişim haberleşme yaygınlaşıp uluslar arası
temaslar yayıldıkça her alanda müşterek ölçü birimlerine ve ölçülerin standartlaşmasına gerek
duyulmuştur.
Nihayet 14/10/1971 tarihinde Paris’teki “Ölçü ve Ağırlık Genel Konferansı”nın 11.ve 12.
toplantılarında, konferansın neticesi olarak “Comite International des Poids et Mesures” tarafından
açıklanan yeni, pratik ve her alanda kullanılabilen bir sistem “(SI) Système International d’Unites”,
Uluslar arası Birim Sistemi kabul edilmiştir. Birim sisteminin detayları ilerleyen kısımlarda
açılanacaktır.
16
FİZİKSEL BÜYÜKLÜKLER
Dikkat
Doğa olaylarının anlatımında kullanılan fiziksel büyüklükler ilerleyen konuların anlaşılması için temel
yapı taşı niteliğindedir ve günlük yaşamda birçok alanda karşımıza çıkar.
Tanım 1
Tanım 2
Fiziğin temel yapı taşları olan doğa
olaylarının anlatımında kullanılan konum,
yer değiştirme, uzunluk, zaman, hız, kuvvet,
hız, kuvvet, direnç, yoğunluk, basınç,
sıcaklık, kütle, manyetik alan gibi
büyüklüklere fiziksel büyüklükler denir.
İçinde başka hiçbir büyüklük barındırmayan,
diğer bir deyişle başka büyüklüklerle ifade
edilmeyen büyüklüklere temel büyüklükler,
bunların çeşitli kombinasyonları ile elde
edilen büyüklüklere türev ya da türetilmiş
büyüklükler denir.
Fizikte kullanılan büyüklükler birbirlerinden bağımsız değildirler. Örneğin hız, alınan yolun zamana
oranıdır. Bu da fizikte temel bir takım büyüklükler belirlenip, bu büyüklükleri temel alıp diğer
büyüklükleri bunlar cinsinden açıklamanın daha anlaşılır olmasını sağlar. Fiziksel büyüklüklerin
tümünü en kolay bir şekilde türetebilecek, en az sayıda temel büyüklük seçilmelidir.
17
BİRİM SİSTEMLERİ
Ölçü ayarlarına dayanan uluslararası birimler sistemini kurmak ve geliştirmek ölçümbilimin
(metroloji) konusudur. Evrensel metrik birim sistemi yardımıyla, dünyanın her yerinde geçerli ve ortak
bir sistem oluşturulmuştur. XX. yüzyıl boyunca fizik alanında oluşan teknolojik ve kuramsal ilerlemeler,
atom enerji düzeyleri arasındaki geçişlere dayanan çok hassas zaman ve uzunluk ölçü ayarlarını gerekli
kılmıştır. Ölçümbilimin amacı; bütün birimleri, bilinen kesin ve değişmez büyüklüklerde olan fiziğin
temel değişmezleri ile tanımlamaktır.
Birim Sistemleri ve ilgili Metrik Ölçü Sistemleri şunlardır:
C.G.S. Birim Sistemi ve buna bağlı Mutlak Ölçü Sistemi
M.K.S. Birim Sistemi veya Teknik Ölçü Sistemi
SI- Système International d’Unites-Uluslararası Birim Sistemi
18
C.G.S. BİRİM SİSTEMİ
Uzunluk birimi olarak santimetreyi, kütle birimi olarak gramı ve zaman birimi olarak saniyeyi temel
alan birim sistemidir. Diğer bir deyişle bu sisteme göre fiziksel büyüklükler;
• Uzunluk (santimetre)
• Kütle (gram)
• Zaman (saniye)
ile verilir. Buna cm-gram-saniye (C.G.S.) sistemi denir.
Yukarıda, fiziksel büyüklükler başlığı altında hızın alınan yolun zamana oranı olduğunu söylemiştik.
Burada 1 CS-1 ifadesi (dimansiyon-dimension) ile, büyüklüğün hangi şekilde ana büyüklükler ile
bağlanmış olduğunu görmekteyiz.
19
MKS BİRİM SİSTEMİ
Uzunluk birimi olarak metreyi, kütle birimi olarak kilogramı ve zaman birimi olarak saniyeyi temel alan
birim sistemidir. Diğer bir deyişle bu sisteme göre fiziksel büyüklükler;
• Uzunluk (metre)
• Kütle (kilogram)
• Zaman (saniye)
ile verilir. Bu nedenle bu sisteme (Metre-Kilogram-Saniye) M.K.S. ölçü birim sistemi veya Teknik Ölçü
Birim Sistemi denir.
M.K.S.A Birim Sistemi (Giorgi Metrik Sistemi)
Uzunluk, kütle, zaman büyüklükleri yanında elektrik akım şiddetini de içeren birim sistemidir.
Diğer bir deyişle bu sisteme göre fiziksel büyüklükler
•
•
•
•
Uzunluk (metre)
Kütle (kilogram)
Zaman (saniye)
Elektrik akım şiddeti (amper)
ile verilir. İlk önce Giorgi tarafından dördüncü birim olarak, elektrik direncinin birimi olan Ohm
alınmış, sonrasında elektrik akım şiddeti birimi Amper alınmıştır.
20
SI BİRİM SİSTEMİ
1971 yılında Paris’teki “Ölçü ve Ağırlık Genel Konferansı”nın 11.ve 12. toplantılarında, konferansın
neticesi olarak uluslararası birim komitesi “Comite International des Poids et Mesures” tarafından
açıklanan yeni, pratik ve her alanda kullanılabilen bir sistem “(SI) Système International d’Unites”,
Uluslar arası Birim Sistemi kabul edilmiştir.
Konferans sonucunda aşağıdaki tabloda belirtilen büyüklükler temel büyüklükler olarak belirlenmiştir.
21
SI BİRİM SİSTEMİ
Bu temel büyüklüklerin yanında fizikte kullanılan bazı türetilmiş büyüklükler bulunmaktadır.
Aşağıdaki tabloda bunlardan bazıları gösterilmiştir.
22
SI BİRİM SİSTEMİ
Temel ve türetilmiş büyüklüklerin Uluslararası Birim Sistemi - SI ve MKS Birim Sistemi’ndeki
karşılıklarını aşağıdaki tabloda görebilirsiniz.
23
SI BİRİM SİSTEMİ
SI’da kullanılan temel büyüklükler, teknolojik uygulamalarda karşımıza çok küçük ya da çok büyük
değerler olarak çıkabilirler; bilgisayardaki sabit disk kapasitesi, elektrik santrallerinde üretilen güç,
iki olay arasında geçen zaman gibi... Bunun için SI birim sistemlerinin alt ve üst katlarından
yararlanılır. Aşağıdaki tabloda bunlara örnekler gösterilmiştir.
24
SI BİRİM SİSTEMİ – UZUNLUK ÖLÇÜ BİRİMİ
Uzunluk Ölçü Birimi
SI birim sisteminde uzunluk ölçüsü birimi metre (m)’ dir. Dünya çevresinin 40 milyonda biri bir birim
olarak kabul edilmiş ve metre olarak isimlendirilmiştir. Ya da 1 m ışığın boşlukta 1/299.792.458
saniyede aldığı yoldur. Uzunluk ölçüleri 10’luk sisteme göre bölümlendirilir. Katları ve askatları
arasında dönüşümler aşağıdaki tabloda verilmiştir.
25
SI BİRİM SİSTEMİ – ALAN ÖLÇÜ BİRİMİ
Alan Ölçü Birimi
Alan ölçüsü birimi metrekare dir. Alan ölçüleri 100’lük sisteme göre bölümlendirilir. Yani metrekarenin
katları 100’er 100’er büyür, alt katları ise 100’er 100’er küçülür. Katları ve alt katları arasındaki
dönüşümler aşağıdaki tabloda verilmiştir.
26
SI BİRİM SİSTEMİ – HACİM ÖLÇÜ BİRİMİ
Hacim Ölçü Birimi
Hacim ölçüsü birimi metreküp tür. Hacim ölçüleri 1000’lik sisteme göre bölümlendirilir. Yani
metreküpün katları 1000’er 1000’er büyür, alt katları ise 1000’er 1000’er küçülür. Katları ve altkatları
arasındaki dönüşümler aşağıdaki tabloda verilmiştir.
27
SI BİRİM SİSTEMİ – LİTRE ÖLÇÜ BİRİMİ
Litre Ölçü Birimi
Litre bir hacim ölçüsüdür ve birimi litre dir. Litre ölçüleri 10’luk sisteme göre bölümlendirilir. Yani
litrenin katları 10’ar 10’ar büyür, alt katları ise 10’ar 10’ar küçülür. Katları ve altkatları arasındaki
dönüşümler aşağıdaki tabloda verilmiştir.
28
ÖLÇÜ BİRİMLERİ VE DÖNÜŞÜMLERİ – AÇI ÖLÇÜ BİRİMİ
Açı Ölçü Birimi
Derece Bölümlendirmesi
Bir dairenin çevresi 360 eşit parçaya bölünmüş ve her birine “derece” denilmiştir. Daire 4 eşit parçaya
ayrılmış ve 90° den oluşan dörtte bir parçasına da “dik açı” denilmiştir.
1 Derece 60 eşit parçaya bölünmüş ve “dakika” adı verilmiş,
1 Dakika 60 eşit parçaya bölünmüş ve “saniye” adı verilmiştir.
O halde 1 derece=60 dakika ya da 1/60 derece=1 dakika
1 Derece = 3600 Saniye
1 Derece = 60 Dakika 1 Dakika = 60 Saniye
360 derece = 1 tam açı, yani dairenin çevresi olduğuna
göre;
360 derece = 360x60 =21.600 dakika
360 derece = 360x60x60 = 1.296.000 saniyedir.
1 Derece ; 1°
1 Dakika ; 1′
1 Saniye ; 1′′ şeklinde gösterilir.
29
ÖLÇÜ BİRİMLERİ VE DÖNÜŞÜMLERİ – AÇI ÖLÇÜ BİRİMİ
Açı Ölçü Birimi
Grad Bölümlendirmesi
Bir dairenin çevresi 400 eşit parçaya bölünmüş ve her birine “grad” denilmiştir ve (g) ile
gösterilir. Bu sistemde dik açı 100g dır.
1 Grad 100 eşit parçaya bölünerek 1 santigrad (1c)
bulunmuştur.
1 Grad = 100 santigrad
ya da
1/100 Grad=1 santigrad
Tam bir daire=400 grad=400x100 santigrad=40000 santigrad
1 Grad
;1
1 Santigrad ; 1 ͨşeklindegö sterilir.
30
ÖLÇÜ BİRİMLERİ VE DÖNÜŞÜMLERİ – UZUNLUK, ALAN, HACİM
Uzunluk, Alan, Hacim Ölçüsü Birimleri Uygulamaları
Alan ölçüsü birimi m2, hacim ölçüsü birimi m3 olduğunu söylemiştik. Katları ve alt katları arasındaki
dönüşümlerin toplu hali aşağıda gösterilmiştir.
31
ÖLÇÜ BİRİMLERİ VE DÖNÜŞÜMLERİ – ÖRNEK
Bir kenarı 10 cm olan küp şeklindeki cismin içerisine bir kenarı 5 cm olan küp şeklindeki cisimden kaç
tane yerleştirilebilir?
32
ÖLÇÜ BİRİMLERİ VE DÖNÜŞÜMLERİ – ELEKTRİK AKIM ŞİDDETİ
Elektrik Akımı Şiddeti Temel Birimi
Akım şiddeti temel birimi amper’dir. Amper, doğrusal sonsuz uzunlukta, ihmal edilebilir
dairesel kesitte ve birbirinden 1 m uzaklıkta, boşluğa yerleştirilmiş paralel iki iletkenden
geçirildiğinde, bu iletkenler arasında her metre başına 2.10-7 Newtonluk bir kuvvet oluşturan
sabit elektrik akım şiddetidir.
Uygulamada amper, gümüş nitratın saf sudaki eriyiğinden geçirildiğinde saniyede 1,118 mg
gümüş ayıran sabit akım şiddeti olarak da tanımlanır.
33
ÖLÇÜ BİRİMLERİ VE DÖNÜŞÜMLERİ – IŞIK ŞİDDETİ TEMEL BİRİMİ
Işık Şiddeti Temel Birimi
Işık, cisimleri görmeye, renkleri ayırt etmeye yol açan fiziksel
enerjidir.
Işık insan ve bütün canlı varlıkların gözünü uyararak görsel duyumu belirleyen bir
ışının akısıdır.
Işık şiddeti temel birimi Kandela’dır (cd). Kandela, belirli bir doğrultuda 540.1012 Hz frekans
monokromatik ışın yayan ve verilen doğrultudaki enerji şiddeti steradyan başına 1/683 (W/sn) olan
bir kaynağın bu doğrultudaki ışık şiddetidir.
34
ÖLÇÜ BİRİMLERİ VE DÖNÜŞÜMLERİ – MADDE MİKTARI
Madde Miktarı Temel Birimi
Madde miktarı temel birimi mol ’dür. 1 mol, karbon izotopunun (12 C nin) 0,012 kg molekülü kadar
bulunan miktardır. Ya da bir sistemin 0,012 kg C-12 içindeki atomların sayısı kadar temel bireyi içeren
madde miktarıdır. Mol kullanıldığında temel bireyler belirtilmelidir. Temel bireyler; atomlar, moleküller,
iyonlar, elektronlar, başka parçacıklar ya da bu tür parçacıkların belli grupları olabilir.
Diğer bir tanım ise şu şekilde verilmektedir:
Avogadro sayısı (6,0221415x1023) kadar atom ya da molekül içeren maddeye 1 mol denir.
Avogadro sayısı veya Avogadro sabiti, bir elementin bir molündeki atom sayısı ya da bir
bileşiğin bir molündeki molekül sayısıdır. 1 mol yani 12 gr Karbon12 elementindeki
atom sayısı deneysel olarak hesaplanarak 6.02214199x1023 bulunmuştur.
Sayı, bu alandaki katkılarından dolayı İtalyan bilim adamı Amedeo Avogadro'nun
(1776–1856) adı ile anılır.
35